埃迪卡拉纪末期至寒武纪早期,地球上的动物门类在几十个百万年的时间里发生了十分迅速的演化,简称“寒武纪大爆发”,是地球生命演化史上最重要的事件之一。中国南方的扬子台地在埃迪卡拉纪到寒武纪期间沉积了大套地层,从浅水碳酸盐相到深水泥页岩相均有展布,并且化石丰富,为研究该时期生物和环境的协同演化提供了非常好的条件。在过去的20年里,地质学家针对扬子台地埃迪卡拉纪至寒武纪的地层做了大量研究工作,显著提高了对埃迪卡拉纪至寒武纪早期大洋生物活动、氧化还原环境和生物地球化学过程的认识。然而,前人这些工作的研究区域主要集中在中上扬子地区,而下扬子地区由于剖面出露少且多出露不全,研究工作十分有限,给区域内以及区域间寒武系地层的对比带来了很大困难,同时也限制了古环境重建和油气勘探等方面的工作。本文以下扬子苏皖地区的寒武系下部地层为研究对象,对安徽宁国地区皖宁2井和宣页1井,以及江苏昆山昆2井和无锡东深1井的岩心和岩屑样品进行了系统取样,并对这些样品的岩石学和地球化学特征进行了详细研究。首先,通过高分辨率的无机和有机C同位素工作对下扬子苏皖地区寒武系下部地层的C同位素特征进行了揭示,并尝试利用C同位素地层学对地层的时代和界线进行了厘定,初步建立了该区寒武系下部地层的C同位素地层框架。研究结果表明,研究区的寒武系下部地层比较完整地记录了寒武纪早期大洋海水的C同位素演化特征,能够有效地和全球寒武系碳同位素变化曲线进行对比。宁国地区埃迪卡拉纪至寒武纪期间可能基本上为连续沉积,荷塘组可以识别出BACE、SHICE、CARE和MICE等C同位素漂移,沉积时代大致为寒武纪幸运阶早期至第四阶早期;大陈岭组可以识别出AECE和ROECE等C同位素漂移,沉积时代为寒武纪第四阶中期到末期。昆山地区的昆2井剖面的幕府山组可识别出MICE、AECE和ROECE等C同位素漂移,沉积时代为寒武纪第三阶晚期至寒武纪第四阶末期,寒武纪第三阶中期之前可能未接受沉积。无锡地区的东深1井可以识别出CARE、MICE和ROECE等C同位素漂移,寒武纪第一阶和第二阶可能未接受沉积。之后,通过对皖宁2井荷塘组和西尖山组顶部地层N同位素的研究,以及与扬子台地其他区域N同位素特征的综合对比,本文尝试对埃迪卡拉纪末期至寒武纪第四阶早期大洋氧化还原结构、氮循环和生物的协同演化关系进行了新的解释。埃迪卡拉纪末期整个样子台地的氧化还原界面较低,有机质的δ15N值普遍大于2‰,以氧化型氮循环为主;寒武纪幸运阶期间,海侵导致氧化还原界面上升,浅水区的δ15N值普遍大于2‰,且波动剧烈,而深水区δ15N值持续下降,最终稳定在-2‰至1‰之间;寒武纪第二阶中期浅水区由于异常低的N:P比导致氮循环以固氮反应为主,除N以外的其他营养元素以及S042-和Mo等成分因生物消耗的减少以及陆源输入的增加可能积累到了比较高的水平;寒武纪第二阶晚期,热液活动导致还原性深部海水上涌,浅水区NH4+的补充终结了浅水区的贫N环境,生物在富营养条件下迅速繁盛并释放出大量氧气,水体得以快速氧化并开始向大洋深水区扩展;寒武纪第三阶早-中期,浅水区可能形成了营养元素富集的氧化水体环境,这种环境提高了生物进化的几率,可能是该时期动物门类得以迅速增加的重要原因,中水深区的氧化程度在该时期也有所增加;寒武纪第三阶晚期,中水深区的δ15N值下降,可能是由于Mo含量的下降导致Fe和V固定酶参与到固氮反应中有关;至寒武纪第四阶早期,浅水区δ15N值大于3‰,中深水区的δ15N值也明显增加,可能表明该时期大洋海水的氧化程度再次提高。通过系统的岩石学和矿物学工作,本文对宁国地区寒武系下部地层中富钡热液矿物的成分和产状进行了研究,对研究区寒武纪早期热液活动的发育特征进行了揭示,并从矿物学的角度丰富了对扬子台地寒武纪早期热液活动特征的认识。研究结果显示,寒武系底部荷塘组和震旦系西尖山组顶部的岩石中普遍发育含钡长石,根据BaO含量和产状特征可以分为贫钡长石、富钡长石和钡铝沸石3种。由于贫钡和富钡长石中含有一定量的NH4+和结合水,导致电子探针测试中碱土金属元素的配位数偏低。成因上,硅质岩中的钡铝沸石和富钡长石是由富钡热液喷流形成的Ba-Al-Si胶体在后期成岩过程中形成;其他岩石中的富钡长石主要是由富钡热液渗入到未完全固结的岩石后在后期成岩过程中形成;而贫钡长石则是由岩石中原本存在的钾长石与渗入的热液发生离子交换形成。该热液活动并未对岩石中V、Ni、Mo、U等氧化还原敏感元素的含量产生显著影响,然而由于Ba和Eu在热液中共同富集,导致硅质岩和泥岩中Ba和Eu的含量呈现显著的正线性相关。结合前人工作和本文工作,笔者尝试对研究区及其周边区域寒武纪早期的岩相古地理特征进行了分析,结果表明寒武纪早期研究区呈两隆一坳的古地理格局。西北巢湖地区和东北无锡-昆山一带可能存在地下隆起,其中昆山地区可能处于东北隆起带较核心位置,烃源岩不发育;南部在东至-黄山-开化一带可能为坳陷区,烃源岩发育好。通过对宁国地区寒武系底部荷塘组泥岩的岩石学、有机地球化学和储集特征的研究,本文认为这套地层具有较好的页岩气发育条件,尤其是荷塘组上部的炭质泥岩。